DE102015115150B4 - Method for determining the phase information and counterweights of an imbalance and device for this purpose - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Ermitteln der Phaseninformation einer Unwucht (U) eines sich drehenden Körpers (11), bei dem die Rotationsachse (YR) nicht der Hauptträgheitsachse (YT) entspricht, gekennzeichnet durcha) Ermitteln einer Referenzamplitude einer durch die Unwucht (U) des sich drehenden Körpers (11) induzierten Vibration mittels eines in Bezug auf den sich drehenden Körper (11) feststehenden Sensors (14) in einer Referenzmessung,b) Anordnen einer Zusatzmasse (MZ,P1) an dem Körper unter einem vorgegebenen Radius zu der Rotationsachse (YR) an einer ersten Position und Ermitteln einer ersten Amplitude (A1) der durch die Zusatzmasse (MZ,P1) veränderten Unwucht (U) des sich drehenden Körpers (11) induzierten Vibration mittels des Sensors (14) in einer ersten Messung,c) Verändern der Position der Zusatzmasse (MZ,P1) so, dass die Zusatzmasse (MZ,P1) an dem Körper unter Beibehaltung des vorgegebenen Radius an einer von der ersten Position verschiedenen zweiten Position unter einem definierten Änderungswinkel in Bezug auf die erste Position angeordnet wird, und Ermitteln einer zweiten Amplitude (A2) der durch die Zusatzmasse (MZ,P2) veränderten Unwucht des sich drehenden Körpers (11) induzierten Vibration mittels des Sensors in wenigstens einer zweiten Messung, und mit den durch eine mikroprozessorgesteuerte Recheneinheit ausführbaren Schritten:d) Berechnen, mittels einer mikroprozessorgesteuerten Recheneinheit (16), einer Phaseninformation der Unwucht (U) in Abhängigkeit von den gemessenen Amplituden, indem die Amplituden in Bezug auf ein kartesisches Koordinatensystem jeweils einen Kreis mit einem Radius, der betragsmäßig der jeweiligen Amplitude entspricht, um einen gemeinsamen Mittelpunkt, der den Ursprung des kartesischen Koordinatensystems darstellt, bilden und der Schnittpunkt des Kreises der Referenzamplitude mit einer durch den Ursprung des kartesischen Koordinatensystems verlaufenden Bezugsachse den Mittelpunkt eines Zusatzkreises bildet, der sowohl den Kreis der ersten Amplitude (A1) als auch den Kreis der zweiten Amplitude (A2) in jeweils zumindest einem Schnittpunkt schneidet,• wobei der Radius des Zusatzkreises derart berechnet wird, dass ein Winkel, dessen Scheitelpunkt dem Mittelpunkt des Zusatzkreises entspricht und bei dem ein erster Schenkel durch den Schnittpunkt (P1) der ersten Amplitude (A1) und ein zweiter Schenkel durch den Schnittpunkt (P2) der zweiten Amplitude (A2) verläuft, dem definierten Änderungswinkel der zweiten Messung entspricht,• wobei ein Systemdrehwinkel (a), dessen Scheitelpunkt dem Mittelpunkt des Zusatzkreises entspricht und bei dem ein erster Schenkel durch den Schnittpunkt (P1, P2) der ersten oder zweiten Amplitude (A1, A2) verläuft und ein zweiter Schenkel die Bezugsachse darstellt, berechnet wird, und• wobei die Phaseninformation der Unwucht (U) in Abhängigkeit von dem berechneten Systemdrehwinkel (a) und derjenigen Position, an der die Zusatzmasse an dem Körper angeordnet wurde und die der dem ersten Schenkel des Systemdrehwinkels (α) zugrundeliegenden Amplitude entspricht, berechnet wird.Method for determining the phase information of an imbalance (U) of a rotating body (11), in which the axis of rotation (YR) does not correspond to the main axis of inertia (YT), characterized by a) determining a reference amplitude of an imbalance (U) of the rotating body (11) induced vibration by means of a sensor (14) stationary with respect to the rotating body (11) in a reference measurement, b) placing an additional mass (MZ, P1) on the body at a predetermined radius to the axis of rotation (YR) a first position and determining a first amplitude (A1) of the imbalance (U) of the rotating body (11) changed by the additional mass (MZ, P1) induced vibration by means of the sensor (14) in a first measurement, c) changing the position the additional mass (MZ, P1) so that the additional mass (MZ, P1) on the body while maintaining the specified radius at a second position different from the first position under a defined change ngswinkel is arranged in relation to the first position, and determining a second amplitude (A2) of the imbalance of the rotating body (11) changed by the additional mass (MZ, P2) induced vibration by means of the sensor in at least one second measurement, and with the Steps that can be carried out by a microprocessor-controlled arithmetic unit: d) Calculate, by means of a microprocessor-controlled arithmetic unit (16), phase information of the unbalance (U) as a function of the measured amplitudes, in which the amplitudes in relation to a Cartesian coordinate system each form a circle with a radius that corresponds in terms of magnitude to the respective amplitude, around a common center point, which represents the origin of the Cartesian coordinate system, and the intersection of the circle of the reference amplitude with a reference axis running through the origin of the Cartesian coordinate system forms the center of an additional circle, which is both the circle of the first Amplitude (A1) as well as the circle of the second amplitude (A2) intersects at least one intersection point, Point of intersection (P1) of the first amplitude (A1) and a second leg through the point of intersection (P2) of the second amplitude (A2), corresponds to the defined change angle of the second measurement, corresponds to and in which a first leg runs through the intersection (P1, P2) of the first or second amplitude (A1, A2) and a second leg represents the reference axis, is calculated, and • where the phase information of the unbalance (U) as a function of the calculated system rotation angle (a) and that position at which the additional mass was arranged on the body and that of the first leg of the Sy star rotation angle (α) corresponds to the underlying amplitude, is calculated.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln der Phaseninformation einer Unwucht eines sich drehenden Körpers, bei dem die Rotationsachse nicht der Hauptträgheitsachse entspricht. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung hierzu.The invention relates to a method for determining the phase information of an imbalance in a rotating body in which the axis of rotation does not correspond to the main axis of inertia. The invention also relates to a device for this purpose.
Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ermitteln von Gegenmassen zum Ausgleich einer Unwucht eines sich drehenden Körpers, bei dem die Rotationsachse nicht der Hauptträgheitsachse entspricht. Ebenso betrifft die Erfindung eine Vorrichtung hierzu.The invention also relates to a method for determining counterweights to compensate for an imbalance in a rotating body in which the axis of rotation does not correspond to the main axis of inertia. The invention also relates to a device for this purpose.
Bei sich drehenden Körpern, insbesondere bei rotationssymmetrischen Körpern, wie beispielsweise einem Rad, ist es wünschenswert, dass der sich drehende Körper frei von parasitären Kräften ist, die zu einem unrunden Lauf führen. Derartige Kräfte entstehen, wenn die Rotationsachse des sich drehenden Körpers nicht der Hauptträgheitsachse des Körpers entspricht (in Bezug auf eine Ebene), sodass es zu einem Ungleichgewicht der Kräfteverteilung während der Rotation kommt, die dann in einer Vibration resultieren.In the case of rotating bodies, in particular in the case of rotationally symmetrical bodies such as a wheel, it is desirable that the rotating body is free from parasitic forces that lead to out-of-round running. Such forces arise when the axis of rotation of the rotating body does not correspond to the main axis of inertia of the body (in relation to a plane), so that there is an imbalance in the distribution of forces during rotation, which then results in vibration.
Entspricht die Rotationsachse nicht der Hauptträgheitsachse, so spricht man gemeinhin auch von einer Unwucht, bei der der sich drehende Körper ein um den gesamten Drehumfang verinnerlichtes Fliehkraftverhalten aufweist, was in einer durch die Unwucht induzierten Vibration (rotationsgeschwindigkeitsabhängig) resultiert und mit Hilfe von Sensoren (Beschleunigungssensoren, Kraftsensoren, Verformungssensoren) gemessen werden kann.If the axis of rotation does not correspond to the main axis of inertia, one also speaks of an imbalance, in which the rotating body has a centrifugal force behavior internalized around the entire circumference of rotation, which results in a vibration induced by the imbalance (depending on the rotation speed) and with the help of sensors (acceleration sensors , Force sensors, deformation sensors) can be measured.
Um eine Unwucht jedoch genau zu lokalisieren und die Unwucht ggf. durch Anordnung von Gegenmassen oder Gegengewichten auszugleichen, ist es notwendig, neben der Ermittlung der Amplitude auch die Position bzw. Phaseninformation der Unwucht zu bestimmen. Denn nur mit Hilfe der Position der Unwucht kann die Gegenmasse beispielsweise an der gegenüberliegenden Position angebracht werden, wodurch die Unwucht ausgeglichen wird, indem die Trägheitsachse auf die Rotationsachse verschoben wird.However, in order to precisely localize an imbalance and, if necessary, to compensate for the imbalance by arranging counterweights or counterweights, it is necessary to determine the position or phase information of the imbalance in addition to determining the amplitude. Because only with the help of the position of the imbalance can the counterweight be attached to the opposite position, for example, whereby the imbalance is compensated by shifting the axis of inertia onto the axis of rotation.
Die Position der Unwucht bzw. Phaseninformation der Unwucht ist dabei diejenige Richtung, in die die Hauptträgheitsachse von der Rotationsachse abweicht.The position of the imbalance or phase information of the imbalance is the direction in which the main axis of inertia deviates from the axis of rotation.
Um die Phaseninformation bzw. Position der Unwucht, d.h. die Richtung der Unwucht festzustellen, ist es in der Regel notwendig, dass die Vorrichtung, die den Körper in Drehung versetzt und die Amplitude der Vibration misst eben auch die Phaseninformation ermittelt, was die gesamte Vorrichtung deutlich komplizierter und in der Anschaffung teurer macht. Ist es aufgrund der Bauart der Vorrichtung nicht möglich, die Phase bzw. Phaseninformation der Unwucht zu ermitteln, ist es mit gängigen Methoden nicht möglich, die Position der Unwucht in Bezug auf den sich drehenden Körper zu bestimmen.In order to determine the phase information or position of the imbalance, ie the direction of the imbalance, it is usually necessary that the device that sets the body in rotation and measures the amplitude of the vibration also determines the phase information, which the entire device clearly determines more complicated and more expensive to buy. If it is not possible due to the design of the device to determine the phase or phase information of the imbalance, it is not possible using current methods to determine the position of the imbalance in relation to the rotating body.
Aus der
Aus der
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, mit dem die Ermittlung einer Phaseninformation einer Unwucht eines sich drehenden Körpers auch ohne direkte Phasenmessung bzw. Drehwinkelmessung möglich ist. Es ist darüber hinaus auch Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit dem die Ermittlung von Gegenmassen zum Ausgleich der bestehenden Unwucht ohne direktes Messen der Phaseninformation der Unwucht möglich ist.It is therefore the object of the present invention to provide a device and a method with which the determination of phase information of an imbalance of a rotating body is also possible without direct phase measurement or rotation angle measurement. It is also an object of the present invention to specify a method and a device with which it is possible to determine counterweights to compensate for the existing imbalance without directly measuring the phase information of the imbalance.
Der erste Aspekt der Aufgabe wird mit dem Verfahren zum Ermitteln der Phaseninformation einer Unwucht gemäß Anspruch 1 sowie einer Vorrichtung zum Ermitteln der Phaseninformation gemäß Anspruch 8 gelöst.The first aspect of the object is achieved with the method for determining the phase information of an imbalance according to claim 1 and a device for determining the phase information according to claim 8.
Demnach wird ein Verfahren zum Ermitteln der Phaseninformation einer Unwucht eines sich drehenden Körpers, bei dem die Rotationsachse nicht der Hauptträgheitsachse entspricht, vorgeschlagen, bei dem die Phase während der Messung selber nicht erfasst werden braucht. Es müssen lediglich Messungen bezüglich der Amplitude der Unwucht gemacht werden, um mit dem erfindungsgemäßen Verfahren dann die Phaseninformation zu ermitteln.Accordingly, a method is proposed for determining the phase information of an imbalance in a rotating body, in which the axis of rotation does not correspond to the main axis of inertia, in which the phase does not need to be detected during the measurement itself. Measurements only have to be made with regard to the amplitude of the imbalance in order to then determine the phase information using the method according to the invention.
Hierzu wird zunächst eine sogenannte Referenzmessung durchgeführt, bei der eine Referenzamplitude der Unwucht einer durch die Unwucht des sich drehenden Körpers induzierten Vibration mittels eines in Bezug auf den sich drehenden Körper feststehenden Sensor ermittelt wird. Die Referenzamplitude kann beispielsweise die maximale Amplitude der Vibration sein, wobei eine vorhandene Massenunwucht sich hauptsächlich bei der Amplitude der Drehfrequenz äußert.For this purpose, a so-called reference measurement is first carried out, in which a reference amplitude of the imbalance of a vibration induced by the imbalance of the rotating body is determined by means of a sensor which is fixed in relation to the rotating body. The reference amplitude can be, for example, the maximum amplitude of the vibration, an existing mass unbalance mainly being expressed in the amplitude of the rotational frequency.
Das Messen dieser Referenzamplitude kann beispielsweise mit Hilfe von Beschleunigungssensoren oder Kraftsensoren oder ggf. mittels Verformungssensoren erfolgen. So ist es beispielsweise denkbar, dass die Amplitude aus der Vibration an der Position des Sensors ermittelt wird, beispielsweise mit Hilfe eines Smartphones.This reference amplitude can be measured, for example, with the aid of acceleration sensors or force sensors or, if necessary, with the aid of deformation sensors. For example, it is conceivable that the amplitude is determined from the vibration at the position of the sensor, for example with the aid of a smartphone.
Nachdem die Referenzmessung durchgeführt und die Referenzamplitude ermittelt wurde, wird vorzugsweise ohne Veränderung der Sensorposition an einer beliebigen Stelle eine Zusatzmasse an dem sich drehenden Körper unter einem vorgegebenen Radius zu der Rotationsachse an einer ersten Position angeordnet und eine weitere Amplitudenmessung durchgeführt, indem der Körper wieder in Rotation versetzt wird (vorzugsweise bei gleichbleibender Rotationsgeschwindigkeit wie zu der Referenzmessung) und eine erste Amplitude bezüglich der Unwucht aus der durch die Unwucht induzierten Vibration ermittelt wird. Auch dies kann beispielsweise die maximale Amplitude sein.After the reference measurement has been carried out and the reference amplitude has been determined, an additional mass is arranged on the rotating body at a predetermined radius to the axis of rotation at a first position, preferably without changing the sensor position, and a further amplitude measurement is carried out by placing the body back in Rotation is offset (preferably with a constant rotation speed as for the reference measurement) and a first amplitude with respect to the imbalance is determined from the vibration induced by the imbalance. This can also be the maximum amplitude, for example.
Durch das Anbringen einer Zusatzmasse unter einem vorgegebenen Radius wird die Hauptträgheitsachse in Bezug auf die Rotationsachse verändert, wodurch sich an der gleichen Sensorposition eine zu der Referenzmessung verschiedene Amplitude als Systemantwort erfassen lässt. Denn je nach Abweichung der Zusatzmasse von der Richtung der Unwucht fällt die Systemantwort durch eine Erhöhung der Amplitude der Referenzamplitude oder durch eine Verringerung der Amplitude gegenüber der Referenzamplitude auf. Ohne Erkenntnis einer Phaseninformation ist es jedoch nicht möglich, alleine aus diesen Daten heraus die Phaseninformation der eigentlichen Unwucht zu ermitteln.By attaching an additional mass below a predetermined radius, the main axis of inertia is changed in relation to the axis of rotation, whereby an amplitude different from the reference measurement can be recorded as a system response at the same sensor position. This is because, depending on the deviation of the additional mass from the direction of the imbalance, the system response is noticeable through an increase in the amplitude of the reference amplitude or through a reduction in the amplitude compared to the reference amplitude. Without recognizing phase information, however, it is not possible to determine the phase information of the actual imbalance from this data alone.
Daher wird im nächsten Schritt eine zweite Messung durchgeführt, wobei zuvor die Position der Zusatzmasse an dem Körper unter Beibehaltung des vorgegebenen Radius an einer von der ersten Position verschiedenen zweiten Position unter einem definierten Änderungswinkel verschoben wird. Mit anderen Worten, in Bezug auf die Rotationsachse wird die Zusatzmasse von der ersten Position unter einem vordefinierten Winkel, beispielsweise 90 Grad, an einer zweiten Position mit demselben Radius bezüglich der ersten Position angeordnet, sodass die Zusatzmasse je nach vorgegebenen Änderungswinkel bei gleichbleibenden Radius phasenverschoben ist. Anschließend wird der Körper wieder in Drehbewegung versetzt (vorzugsweise mit gleichbleibender Rotationsgeschwindigkeit), wobei mit Hilfe des Sensors an der vorzugsweise unveränderten Sensorposition eine zweite Amplitude in einer zweiten Messung erfasst wird. Auch diese kann beispielsweise die maximale Amplitude sein.A second measurement is therefore carried out in the next step, the position of the additional mass on the body being shifted beforehand while maintaining the predetermined radius at a second position different from the first position at a defined angle of change. In other words, with respect to the axis of rotation, the additional mass is arranged from the first position at a predefined angle, for example 90 degrees, at a second position with the same radius with respect to the first position, so that the additional mass is phase-shifted depending on the specified change angle while the radius remains the same . The body is then set in rotation again (preferably at a constant rotational speed), with the aid of the sensor at the preferably unchanged sensor position, a second amplitude being recorded in a second measurement. This can also be the maximum amplitude, for example.
Demzufolge liegen nun drei Amplitudenwerte vor, nämlich zum einen der Amplitudenwert der Referenzamplitude der Referenzmessung, bei der eine Amplitude der Unwucht ohne jegliche Zusatzmassen ermittelt wurde, sowie zwei weitere Zusatzmessungen, bei denen jeweils eine Zusatzmasse an dem drehenden Körper bei gleichbleibenden Radius und einem vorgegebenen Winkel angeordnet und die entsprechende Amplitude der daraus resultierenden Unwucht gemessen wird. Die Zusatzmasse in den beiden Messungen ist dabei identisch, ebenso wie die Rotationsgeschwindigkeit und die Position des Sensors im nichtdrehenden System.As a result, there are now three amplitude values, namely on the one hand the amplitude value of the reference amplitude of the reference measurement, in which an amplitude of the unbalance was determined without any additional masses, and two further additional measurements, in each of which an additional mass on the rotating body with a constant radius and a given angle arranged and the corresponding amplitude of the resulting imbalance is measured. The additional mass in the two measurements is identical, as is the speed of rotation and the position of the sensor in the non-rotating system.
Aus diesen drei Werten sowie dem vorgegebenen Änderungswinkel lässt sich nun die Phaseninformation der Unwucht analytisch bestimmen.The phase information of the imbalance can now be determined analytically from these three values and the specified change angle.
Bei dieser Berechnung bilden die Amplituden in Bezug auf ein kartesisches Koordinatensystem jeweils einen Kreis mit einem Radius, der betragsmäßig der jeweiligen gemessenen Amplitude entspricht, um einen gemeinsamen Mittelpunkt, der den Ursprung des kartesischen Koordinatensystems darstellt. Dabei würden alle Amplitudenkreise eine durch den Ursprung des kartesischen Koordinatensystems verlaufende Bezugsachse (Strahl oder Halbgerade mit dem Ursprung im Ursprung des kartesischen Koordinatensystems) schneiden, wobei der Schnittpunkt des Amplitudenkreises der Referenzamplitude mit dieser Bezugsachse den Mittelpunkt eines Zusatzkreises bildet, der sowohl den Amplitudenkreis der ersten Amplitude als auch den Amplitudenkreis der zweiten Amplitude in jeweils zumindest einem Schnittpunkt schneidet.In this calculation, the amplitudes in relation to a Cartesian coordinate system each form a circle with a radius that corresponds to the magnitude of the respective measured amplitude, around one common center point that represents the origin of the Cartesian coordinate system. All amplitude circles would intersect a reference axis (ray or half-line with the origin in the origin of the Cartesian coordinate system) running through the origin of the Cartesian coordinate system, the point of intersection of the amplitude circle of the reference amplitude with this reference axis forming the center of an additional circle, which forms both the amplitude circle of the first Amplitude as well as the amplitude circle of the second amplitude intersects in each case at least one point of intersection.
Dabei wird der Radius dieses Zusatzkreises derart berechnet, dass ein Winkel, dessen Scheitelpunkt den Mittelpunkt des Zusatzkreises entspricht und bei dem ein erster Schenkel durch den Schnittpunkt mit dem ersten Amplitudenkreis und ein zweiter Schenkel durch den Schnittpunkt des zweiten Amplitudenkreises verläuft, dem definierten Änderungswinkel der zweiten Messung entspricht.The radius of this additional circle is calculated in such a way that an angle whose vertex corresponds to the center point of the additional circle and at which a first leg runs through the intersection with the first amplitude circle and a second leg through the intersection of the second amplitude circle, the defined change angle of the second Measurement corresponds.
Der Radius entspricht dabei einer durch die Zusatzmassen entstehenden Zusatzamplitude, die um den Ursprung der ursprünglichen Unwucht herum irgendwo auf diesem Kreis angeordnet sind. Da die Zusatzmassen jedoch unter einem vorgegebenen Änderungswinkel zwischen der ersten und der zweiten Messung verschoben wurden, muss sich dies auch in den Schnittpunkten des Zusatzkreises wiederspiegeln. Demnach wird der Radius des Zusatzkreises so berechnet, dass die Bedingung erfüllt ist, dass ein Winkel, dessen Scheitelpunkt den Mittelpunkt des Zusatzkreises entspricht bei dem ein erster Schenkel durch den Schnittpunkt des ersten Amplitudenkreises bzw. der ersten Amplitude und ein zweiter Schenkel durch den Schnittpunkt des zweiten Amplitudenkreises bzw. der zweiten Amplitude verläuft, dem definierten Änderungswinkel der zweiten Messung entspricht. Ist ein solcher Radius berechnet, so entspricht er der Zusatzamplitude, die durch Anordnung der Zusatzmassen bei bestehender Unwucht entsteht.The radius corresponds to an additional amplitude resulting from the additional masses, which are arranged somewhere on this circle around the origin of the original imbalance. However, since the additional masses were shifted between the first and the second measurement at a given angle of change, this must also be reflected in the intersection points of the additional circle. Accordingly, the radius of the additional circle is calculated so that the condition is met that an angle whose vertex corresponds to the center point of the additional circle at which a first leg through the intersection of the first amplitude circle or the first amplitude and a second leg through the intersection of the second amplitude circle or the second amplitude, corresponds to the defined angle of change of the second measurement. If such a radius has been calculated, it corresponds to the additional amplitude that results from the arrangement of the additional masses when there is an imbalance.
Basierend hierauf wird dann ein Systemdrehwinkel berechnet, der die Phasenverschiebung der Position der jeweiligen Zusatzmasse in der jeweiligen Messung von der eigentlich ursprünglichen Unwucht beschreibt, indem der Winkel berechnet wird, dessen Scheitelpunkt dem Mittelpunkt des Zusatzkreises entspricht und bei dem ein erster Schenkel durch den Schnittpunkt des ersten oder zweiten Amplitudenkreises verläuft und ein zweiter Schenkel die Bezugsachse darstellt. Mit anderen Worten, es wird derjenige Winkel in der geometrischen Konstruktion ermittelt, der sich zwischen der Bezugsachse als Schenkel einerseits und dem Schnittpunkt mit einem der Amplitudenkreise als zweiten Schenkel andererseits aufspannt. Dieser Winkel gibt dabei an, um wieviel Grad die Position für die Zusatzmasse der jeweiligen Amplitude von der eigentlichen Unwucht entfernt ist.Based on this, a system rotation angle is then calculated, which describes the phase shift of the position of the respective additional mass in the respective measurement from the actual original unbalance by calculating the angle whose apex corresponds to the center point of the additional circle and at which a first leg passes through the intersection of the first or second amplitude circle and a second leg represents the reference axis. In other words, that angle in the geometric construction is determined which spans between the reference axis as a leg on the one hand and the point of intersection with one of the amplitude circles as a second leg on the other hand. This angle indicates by how many degrees the position for the additional mass of the respective amplitude is away from the actual imbalance.
Basierend hierauf kann dann die Phaseninformation der Unwucht in Abhängigkeit von dem berechneten Systemdrehwinkel und derjenigen Position, an der die Zusatzmasse an dem Körper angeordnet wurde und die der dem ersten Schenkel des Systemdrehwinkels zugrundeliegenden Amplitude entspricht, berechnet werden.Based on this, the phase information of the imbalance can then be calculated as a function of the calculated system rotation angle and that position at which the additional mass was arranged on the body and which corresponds to the amplitude on which the first leg of the system rotation angle is based.
Basierend hierauf lässt sich somit ganz konkret die Phaseninformation berechnen, sodass ohne eine Phasenmessung während der Amplitudenbestimmung dennoch mit nur drei Messungen analytisch exakt die Unwucht berechnet werden kann.Based on this, the phase information can be calculated very specifically, so that the unbalance can be calculated analytically exactly with only three measurements without a phase measurement during the amplitude determination.
Vorteilhaferweise kann basierend auf dieser Phaseninformation dann eine Gegenmasse berechnet werden, die an der gegenüberliegenden Position der berechneten Phaseninformation der Unwucht an dem Körper angeordnet wird, um die Unwucht auszugleichen, wobei die Gegenmasse dabei in Abhängigkeit der zuvor ermittelten Referenzamplitude berechnet wird.Advantageously, based on this phase information, a counter-mass can then be calculated, which is arranged at the opposite position of the calculated phase information of the unbalance on the body in order to compensate for the unbalance, the counter-mass being calculated as a function of the previously determined reference amplitude.
Es ist allerdings auch denkbar, dass basierend auf den beiden Positionen, an denen die Zusatzmasse angeordnet wird, diesbezüglich zwei Gegenmassen zu berechnen, um die Unwucht auszugleichen. Hierfür wird jeweils eine Gegenmasse bezüglich der Position der Zusatzmasse in Abhängigkeit von dem definierten Änderungswinkel, dem berechneten Systemdrehwinkel, einem ersten Amplitudenvektor, der die Strecke zwischen Mittelpunkt des Zusatzkreises und dem Schnittpunkt des ersten Amplitudenkreises entspricht und einen zweiten Amplitudenvektor, der der Strecke zwischen Mittelpunkt des Zusatzkreises und dem Schnittpunkt des zweiten Amplitudenkreises entspricht, berechnet, um die bestehende Unwucht auszugleichen, wenn die jeweiligen Gegenmassen an der Position der Zusatzmasse, oder wenn der betragsmäßige Wert negativ ist, gegenüberliegen, angeordnet ist.However, it is also conceivable that, based on the two positions at which the additional mass is arranged, two counter-masses in this regard are calculated in order to compensate for the imbalance. For this purpose, a countermass with respect to the position of the additional mass depending on the defined change angle, the calculated system rotation angle, a first amplitude vector that corresponds to the distance between the center of the additional circle and the intersection of the first amplitude circle and a second amplitude vector that corresponds to the distance between the center of the Additional circle and the intersection of the second amplitude circle corresponds, calculated to compensate for the existing imbalance when the respective counterweights at the position of the additional mass, or when the absolute value is negative, are arranged opposite one another.
Vorteilhafterweise ist die Bezugsachse durch die Abszissenachse oder die Ordinatenachse des kartesischen Koordinatensystems gebildet und vereinfacht so die Berechnung.The reference axis is advantageously formed by the abscissa axis or the ordinate axis of the Cartesian coordinate system and thus simplifies the calculation.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der definierte Änderungswinkel 90 Grad oder ein ganzzahliges Vielfaches davon beträgt, wodurch die Berechnung vereinfacht wird.Furthermore, it is advantageous if the defined change angle is 90 degrees or an integral multiple thereof, which simplifies the calculation.
Im Übrigen wird die Aufgabe auch mit dem Patentanspruch 4 bezüglich eines Verfahrens zum Ermitteln von Gegenmassen zum Ausgleich einer Unwucht eines sich drehenden Körpers gelöst, wobei die Verfahrensschritte bis zur Bestimmung des Systemdrehwinkels zum Patentanspruch 1 identisch sind. Insofern ist hier der gemeinsame erfinderische Gedanke der, dass aus drei Messungen ohne Phaseninformationen zumindest der Systemdrehwinkel, von dem die eine Position der Zusatzmasse von der Unwucht abweicht, feststellbar ist. Zum Ausgleich der Unwucht wird indes jedoch vorgeschlagen, dass in Abhängigkeit von dem definierten Änderungswinkel, dem berechneten Systemdrehwinkel, einem ersten Amplitudenvektor sowie einem zweiten Amplitudenvektor die jeweilige Gegenmasse für die Position und der Zusatzmassen berechnet wird, um die bestehende Unwucht auszugleichen. Dabei werden basierend auf der Vektorrechnung die Gegenmassen so ermittelt, dass sie in Bezug auf die in dem kartesischen Koordinatensystem festgelegten Schnittpunkte vektoriell in Richtung des Ursprungs des kartesischen Koordinatensystems zeigen und somit die Unwucht ausgleichen können.Incidentally, the object is also achieved with patent claim 4 with regard to a method for determining counterweights to compensate for an imbalance in a rotating body, the method steps up to the determination of the system rotation angle being identical to patent claim 1. In this respect, the common inventive concept here is that from three measurements without phase information, at least the system angle of rotation from which one position of the additional mass deviates from the unbalance can be determined. To compensate for the imbalance, however, it is proposed that the respective counter mass for the position and the additional masses be calculated as a function of the defined change angle, the calculated system rotation angle, a first amplitude vector and a second amplitude vector in order to compensate for the existing imbalance. Based on the vector calculation, the counterweights are determined in such a way that they point vectorially in the direction of the origin of the Cartesian coordinate system in relation to the intersection points defined in the Cartesian coordinate system and can thus compensate for the imbalance.
Der erste Amplitudenvektor beschreibt dabei die Strecke zwischen Mittelpunkt des Zusatzkreises und dem Schnittpunkt der ersten Amplitude bzw. des ersten Amplitudenkreises, während der zweite Amplitudenvektor die Strecke zwischen Mittelpunkt des Zusatzkreises und dem Schnittpunkt des zweiten Amplitudenkreises beschreibt.The first amplitude vector describes the distance between the center of the additional circle and the point of intersection of the first amplitude or the first amplitude circle, while the second amplitude vector describes the distance between the center of the additional circle and the point of intersection of the second amplitude circle.
Hierdurch wird es möglich, ohne genaue Kenntnis der tatsächlichen Unwucht eine Gegenmasse für die Positionen, denen die Zusatzmasse angeordnet wurde, zu berechnen, wobei bei Anordnung der Gegenmassen an den Positionen der Zusatzmassen oder an der gegenüberliegenden Position, sofern die berechnete Gegenmasse negativ sein sollte, kann dann die Unwucht ausgeglichen werden.This makes it possible, without precise knowledge of the actual imbalance, to calculate a counter-mass for the positions on which the additional mass was arranged, whereby when the counter-masses are arranged at the positions of the additional masses or at the opposite position, if the calculated counter-mass should be negative, the imbalance can then be compensated.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigen:
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1 - Schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; -
2 - Schematische Darstellung der drei Messreihen; -
3 - Geometrische Darstellung des Berechnungsverfahrens Zur Phaseninformationsermittlung; -
4 - Geometrische Darstellung der Berechnung zur Bestimmung der Gegenmassen.
-
1 - Schematic representation of a device according to the invention; -
2 - Schematic representation of the three series of measurements; -
3 - Geometric representation of the calculation method for determining phase information; -
4th - Geometric representation of the calculation to determine the counterweights.
Der Rotationskörper
An der Vorrichtung
Hierfür steht der Sensor
In Schritt a) wird dabei der drehbare Körper
Für eine zweite Messung wird eine Zusatzmasse
Anschließend wird in Schritt c) die Position der Zusatzmasse um einen Winkel
Es wird erneut eine Messung bei derselben Drehzahl durchgeführt, wobei in dieser Messung eine zweite Amplitude aus der gemessenen Vibration als Maximalamplitude ermittelt wird.Another measurement is carried out at the same speed, a second amplitude being determined from the measured vibration as the maximum amplitude in this measurement.
Zunächst wird ein kartesisches Koordinatensystem X,Y definiert, bei dem der Ursprung des kartesischen Koordinatensystems den Fall bezeichnet, bei dem die Hauptträgheitsachse und die Rotationsachse identisch sind, so dass keine Unwucht besteht. Da jedoch basierend auf den Messungen keine Phaseninformation enthalten ist, beschreiben ausgehend von dem Ursprung des kartesischen Koordinatensystems die gemessenen Amplituden einen Kreis um den Ursprung. Die erste Messung zur Bestimmung der ersten Amplitude mit der Zusatzmasse an der ersten Position wird dabei als
Auch die Referenzamplitude, d.h. die Referenzmessung ohne jegliche Zusatzmassen würde einen Kreis um den Ursprung des kartesischen Koordinatensystems definieren. Allerdings ist dies aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt, da dies für die weitere Berechnung nicht notwendig ist.The reference amplitude, i.e. the reference measurement without any additional masses, would also define a circle around the origin of the Cartesian coordinate system. However, this is not shown for reasons of clarity, since this is not necessary for the further calculation.
Vielmehr wurde die Referenzamplitude
Der Punkt
Im Ausführungsbeispiel der
Da auch dies zum Bestandteil der Erfindung gehört, wird hier der vollständige Berechnungsweg aufgezeigt. Wird jedoch ein Änderungswinkel
Der Radius
Mit anderen Worten, zwischen dem Mittelpunkt
Ist ein solcher Zusatzkreis mit einem Radius gleich Z gefunden, so definiert der erste Schenkel im Ausbildungsbeispiel der
Anhand der bekannten Positionen der Zusatzmasse der ersten Messung sowie dem berechneten Winkel
Alternativ hierzu kann selbstverständlich auch der zweite Schenkel, der als Strecke zwischen dem Mittelpunkt
Ist die Phaseninformation und somit die Richtung der Unwucht gefunden, so kann an der gegenüberliegenden Position basierend auf der gemessenen Referenzamplitude ein Gegengewicht bzw. eine Gegenmasse angeordnet werden, wodurch die Unwucht ausgeglichen wird und die Hauptträgheitsachse dann der Rotationsachse entspricht.Once the phase information and thus the direction of the unbalance has been found, a counterweight or a counterweight can be arranged at the opposite position based on the measured reference amplitude, whereby the unbalance is compensated and the main axis of inertia then corresponds to the axis of rotation.
Anhand der nachfolgenden Berechnungen, die beispielhaft angeführt sind, kann der oben aufgezeigte geometrische Zusammenhang analytisch berechnet werden, wodurch sich eine eindeutige Lösung ergibt.On the basis of the following calculations, which are given as examples, the geometrical relationship shown above can be calculated analytically, which results in a clear solution.
Erste Amplitude der Messung 1 inklusive Zusatzmasse:
Die zweite Amplitude der Messung 2 inklusive Zusatzmasse ist:
Nach Umformung und Substitution von:
Setzt man nun
Hierbei sind weiterhin
Durch Einsetzen und Umformen von (5) und (11) lassen sich 4 Lösungen für Z bestimmen.
Results:
Es kann mit Hilfe von Gleichung (13) und (15) gezeigt werden, dass eine plausible Lösung für Z und
Nachdem die Werte für Z und
Folgende Beziehungen können der Herleitungsskizze entnommen werden:
Die y-Komponente lässt sich umformen zu:
Aus (19) mit (17) und (18) folgt aus der x-Komponente:
Somit sind die beiden Faktoren bekannt und es können die finalen Massen M1 und M2 zur Beseitigung der Unwucht bestimmt werden. Die Umrechnung der Amplitudenfaktoren in entsprechende Massen erfolgt mit der aufgebrachten Testmasse M. Unter Verwendung von Gleichung (16) und (17) können die Massen M1 und M2 berechnet werden zu:
Ergibt sich ein positives Vorzeichen, wird die berechnete Masse an die Azimut-Position der Testmasse montiert, bei einem negativem Vorzeichen genau gegenüber (180°), oder wenn möglich die entsprechende Masse an der Azimut-Position der Testmasse entfernt.If there is a positive sign, the calculated mass is mounted at the azimuth position of the test mass, in the case of a negative sign exactly opposite (180 °), or if possible the corresponding mass is removed from the azimuth position of the test mass.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- Vorrichtungcontraption
- 1111
- drehender Körperrotating body
- 1212th
- RotorachseRotor axis
- 1313th
- Motorengine
- 1414th
- Sensorsensor
- 1515th
- Gehäusecasing
- 1616
- RecheneinheitArithmetic unit
- UU
- UnwuchtImbalance
- YR Y R
- RotationsachseAxis of rotation
- YT Y T
- HauptträgheitsachseMain axis of inertia
- MZ,P1 M Z, P1
- Zusatzmasse an Position 1Additional mass at position 1
- MZ,P2 M Z, P2
-
Zusatzmasse an Position 2Additional mass at
position 2 - A1 A 1
- erste Amplitude in der ersten Messungfirst amplitude in the first measurement
- A2 A 2
- zweite Amplitude in der zweiten Messungsecond amplitude in the second measurement
- P1 P 1
- Schnittpunkt des Amplitudenkreises der ersten Amplitude mit dem ZusatzkreisPoint of intersection of the amplitude circle of the first amplitude with the additional circle
- P2 P 2
- Schnittpunkt des Amplitudenkreises der zweiten Amplitude mit dem ZusatzkreisPoint of intersection of the amplitude circle of the second amplitude with the additional circle
- αα
- SystemdrehwinkelSystem rotation angle
- ZZ
- Zusatzamplitude, Radius des ZusatzkreisesAdditional amplitude, radius of the additional circle
- φφ
- Änderungswinkel der Position der Zusatzmasse zwischen erster und zweiter MessungChange angle of the position of the additional mass between the first and second measurement
Claims (9)
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Applications Claiming Priority (1)
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-
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R020 | Patent grant now final |